Общий подход к построению компьютерной
модели электроэнергетической системы танкеров типа Suezmax
для режимов металлического и дугового коротких замыканий
Федоренко
Вячеслав Александрович,
аспирант Государственной морской академии
им. С. О. Макарова.
Научный руководитель – доктор
технических наук, профессор
Баранов
Александр Потапович.
За последние годы
значительно увеличилось количество судов, построенных на российских судоверфях. Крупные судостроительные предприятия
восстанавливаются после событий девяностых годов и получают заказы на постройку
новых современных высокоавтоматизированных судов. В начале 2008 года
правительство объявило о приоритете транспорта в развитии экономики страны.
Однако создание транспорта, в частности постройка новых судов, не может быть
реализована без грамотного проектирования. Россия, как страна, обладающая
огромными интеллектуальными ресурсами, должна иметь все эффективные и
современные средства проектирования любых сложных технических комплексов без
помощи иностранных компаний. Одним из
указанных средств, в настоящее время, является компьютерное моделирование
судовых комплексов. Особый интерес представляет компьютерное моделирование
судовой электроэнергетической системы танкеров типа Suezmax, ввиду огромного спроса на эти суда из-за их
высокой эффективности и доходности.
Компьютерное моделирование аварийных режимов
судовой электроэнергетической системы (СЭЭС), в частности режимов
металлического и дугового короткого замыканий (КЗ), очень важно не только при
выборе коммутационной аппаратуры и устройств распределения электроэнергии, но и
при определении уставок защиты. Правильный выбор указанных устройств и их
уставок, выполняющийся на стадии проектирования, непосредственно влияет на
безопасность экипажа, груза, судна и экологию. Последнее очень актуально для
танкеров, как особо опасных морских транспортных средств.
Стандарт [3] допускает замещение силовой сети
судна одним эквивалентным источником электроэнергии (синхронный генератор) и
двумя эквивалентными потребителями (асинхронные двигатели). Статическую
нагрузку можно не брать в расчет, если в составе этой нагрузки, установленной
на борту танкера, отсутствуют мощные конденсаторы фильтров гармоник и
статических компенсаторов. Эквивалентная схема судовой сети, составленная с учетом
этих факторов, показана на рис. 1.
Рис. 1. Эквивалентная схема СЭЭС для режима КЗ.
Асинхронные двигатели (АД) составляют до 80%
всей электрической нагрузки судна. При этом асинхронную нагрузку можно
разделить на две основные группы, представленные эквивалентными группами М1 и М2. Первая группа, подключенная к распределительному
щиту (РЩ), обозначена эквивалентным асинхронным двигателем М1, является двигателями приводов обслуживающих
главную энергетическую установку, судовую электростанцию и небольшой ряд
механизмов различного назначения. Вторая группа, в качестве эквивалентного
двигателя М2, обозначает мощные приводы балластных
насосов, станций гидравлики и грузовых насосов. Электродвигатели второй группы
значительно отличаются от двигателей первой группы по своим параметрам.
Чтобы построить компьютерную модель по
приведенной схеме необходимо иметь:
-
математические
модели основных отдельных элементов электроэнергетической системы, а именно:
синхронных генераторов (СГ) с автоматическими регуляторами напряжения (АРН),
приводных двигателей (ПД) с автоматическими регуляторами частоты (АРЧ),
кабельных линий, асинхронных электродвигателей и уравнений связи. Здесь следует
отметить, что классический вид уравнений перечисленных элементов не позволяет
использовать их для построения компьютерной модели. Лучшим вариантом являются
преобразованные уравнения Парка-Горева в осях dq. Подход к
построению математических моделей источников, приемников и устройств
распределения энергии в осях dq подробно описан в [1];
-
параметры
элементов СЭЭС;
- среду для моделирования. Могут применяться
как языки программирования высокого уровня, так и математические программы,
например MATLAB;
- практические навыки построения, настройки и
отладки модели.
Модель СЭЭС танкера типа Suezmax в осях dq построенная по эквивалентной схеме, показана
на рис. 2.
Рис. 2. Модель в осях dq СЭЭС танкера Suezmax, построенная по эквивалентной схеме.
Практика
расчетов и моделирования режимов кз в
электроустановках подтвердила допустимость принятия следующих условий и
допущений, перечисленных в [2, 3], а именно:
-
элементы
системы (источники, устройства распределения электрической энергии и потребители)
работают с изолированной нейтралью;
-
электрическая
емкость электроэнергетической системы не учитывается;
-
состояние
электрической изоляции принимается идеальным;
-
отсутствуют
качания генераторов;
-
насыщение
асинхронных двигателей не учитывается;
-
все
элементы схемы – симметричны;
-
СГ СЭЭС
работают в перевозбужденном режиме;
-
для
режима металлического КЗ в точке аварии напряжение принимается равным нулю;
-
для
режима дугового КЗ в точке аварии напряжение принимается равным
половине номинального напряжения.
Таким образом, наличие отдельных моделей для
источников, потребителей и устройств распределения электрической энергии
позволяет создавать компьютерные модели СЭЭС судов. Компьютерное моделирование
СЭЭС позволяет определять параметры системы в аварийных режимах судовой сети
для выбора оборудования и уставок по условиям металлического и дугового коротких
замыканий.
Литература.
1.
Баранов
А. П., Раимов М. М. Моделирование судового
электрооборудования и средств автоматизации. СПб.: Элмор,
1997.-232 с.
2.
Крючков
И.И., Неклепаев Б.Н., Старшинов В. А, Расчет коротких
замыканий и выбор электрооборудования. –М.:Издательский центр «Академия», 2005.-416 с.
3.
Отраслевой
стандарт. ОСТ 5Р.6181-81. Судовые электроэнергетические системы. Методы расчета
переходных процессов.
Поступила в редакцию 31.07.2008
г.